全球气候变暖主要的元凶是温室气体（CO2），碳封存成为全球关注热点，蔡司在碳封存方面有哪些表征手段？
为此，蔡司君从光镜、电镜、X射线显微镜三个实战案例出发，助力碳封存技术研究。
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颗石藻是最主要的浮游钙化生物，其生物矿化的微粒无机碳（PIC）在海洋碳循环中发挥着至关重要的作用，它可以去除表层水的碱度，从而使海洋通过向深海输出有机碳来封存大气中的二氧化碳。这一过程对气候模型至关重要，需要对单个实体和整体测量其碳酸钙的生物矿化。
来自牛津大学的研究人员开发了一种使用蔡司光学显微镜（查看更多）测量单个异晶颗石和活体颗石藻的PIC含量，利用CaCO3在水溶液中的稀释溶解度（在298 K时的溶解常数为 3.3 × 10-9 M2）以及对生物方解石颗粒溶解的观察来推断其PIC含量，这对理解气候变化和海洋碳循环具有重要意义。
▲(a) 用于监测椰壳水溶液溶解情况的显微镜装置示意图 (b) 方解石溶解反应示意图
▲(a) 在 293 K 的去离子水中C. braarudii颗石藻（RCC1198）颗石的溶解随时间的变化。上行图像：原始图像，下行图像：自动阈值处理后的二值图像。比例尺 = 10mm。(b) 测量到的颗石投影面积与时间的函数关系图。黑色虚线是实验数据（黑圆圈）与 t = 0 秒时测量到的初始颗石投影面积的最佳拟合线。(c) 根据自动阈值图像堆叠重建的三维颗石，假设颗石的横向溶解速率等于纵向溶解速率
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海洋玄武岩与渗透的海水在低温海底热液系统中相互作用数百万年，形成了方解石和文石，这些矿物在海洋玄武岩中的存在为岩石中大量CO2固定提供了证据。
来自冰岛大学的研究人员在130°C条件下，研究了提高CO2压力对玄武岩与海水相互作用的影响。该项实验总共耗时7个月之久。实验表明，向海底玄武岩注入充满二氧化碳的海水将导致二氧化碳的快速矿化。
在实验过程中，研究人员借助蔡司场发射电镜（查看更多）观察到不同CO2分压下方解石、文石、菱铁矿和菱镁矿的形成，通过提高CO2压力和控制海水的组成，可以显著加速CO2的矿化过程，这对于开发大规模的CO2捕集与碳封存（CCS）技术具有重要意义。
该研究证明，将富含CO2的海水注入海底玄武岩可以作为一种有效且高效的方法，实现长期安全的碳封存计划。
▲用于本研究的实验装置
▲（A）用作反应物的初始玄武岩玻璃粉末和实验后收集的固体反应产物（B，C）低*-148天，（D）高*-140天，（E）低-148天和（F）低-66天-146天的二次电子显微镜（SEM）照片。最后一张图像还显示了假六方文石双胞胎形态的叠加，在Sand等人（2012）之后进行了修改。
*低：该系列的实验是从大约pCO2 气压2.5 bar开始，最终初始水相中溶解无机碳（DIC）含量~26 mM
*高：该系列的实验是从大约 pCO2 气压16 bar开始，最终初始水相中溶解无机碳（DIC）含量~125 mM
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海洋玄武岩中的裂缝可以为化学反应提供相当大的表面积，而裂缝中有限的传质可以使阳离子积累，从而在地质碳汇中形成碳酸盐矿物。
华盛顿大学圣路易斯分校的研究人员将富含橄榄石的溢流玄武岩(Flood Basalt, FB)和橄榄石含量低的蛇纹石化玄武岩（Serpentinized Basalt, SB）切割出裂缝，而后放置于100°C/150°C、含10 MPa 压力的CO2的水中反应40周来模拟海洋中二氧化碳在海底岩石中的反应。
实验第6周，可以观察到玄武岩裂缝中的碳化作用——两种玄武岩都在100°C下形成了含镁和含钙菱铁矿，溢流玄武岩还在150°C下形成了镁铁钙碳酸盐矿物。
实验第40周，作者通过蔡司X射线显微镜Xradia 520 Versa（查看更多）等设备，对溢流玄武岩在100°C和150°C下反应产物进行统计，分别占该岩石断裂体积的5.4%和15%，而蛇纹石化玄武岩在100℃下的反应产物仅占<1%体积分数。
作者还通过Crunch Tope开发的一维反应传输模型研究了地球化学梯度如何驱动裂缝中硅酸盐矿物溶解和碳酸盐沉淀。该模型预测的最大菱铁矿丰度的位置与通过X射线显微镜（简称XRM）实验观测结果一致，预测的碳酸盐总体积与XRM分割得出的估计值相当。
这项研究充分显示了XRM在无损条件下研究样品微观结构的优势，可以同时对CO2在海水中的反应含量和反应位置进行表征，从而对利用海底岩石进行碳捕集的前景做更好的评估。
▲ 用于本研究的实验装置简图
▲X射线CT切片图，第一行为溢流玄武岩在反应前、40周100℃和150℃下测试得到的虚拟切片图；第二行为蛇纹石化玄武岩在反应前和40周100℃下测试得到的虚拟切片图。右下角显示了裂缝的方向，黑色区域为裂缝，左侧为入口，右侧用树脂封住了口，白色点点为反应沉淀物
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参考文献
（1） https://doi.org/10.1039/d2va00252c
（2） https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.05.056
（3） http://dx.doi.org/10.1016/j.ijggc.2017.10.003
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